Общие сведения о навигационных измерениях. Поиск радионавигационных сигналов. Обнаружение и различение радионавигационных сигналов. Алгоритмы и устройства оптимального обнаружения и различения сигналов. Основы теории измерения радионавигационных параметров

Конспект лекций по курсу «Радионавигационные системы».

Перечень сокращений.

РНЦ – радиотехническое навигационное устройство

РНС – радионавигационная система

ТРНП – текущие радионавигационные параметры

РТСН – радиотехническое средство навигации

РНП – радионавигационный параметр

ДНА – диаграмма направленности антенны

РМ – радиомаяк

РП – радиопеленгатор

ИП – истинный пеленг

ПИ – приемоиндикатор

ПС – принятый сигнал

ЗС – запросный сигнал

ПВ – плотность вероятности

ФП – функция (функционал) правдоподобия

МП – максимум правдоподобия

ОП – отношение правдоподобия

МАВ – максимум апостериорной вероятности

СФ – согласованный фильтр

ЧХ – частотная характеристика

ЛД – линейный детектор

ИСЗ – искусственный спутник Земли

СРНС – спутниковая радионавигационная система

1.  ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАВИГАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ.

1.1.  Основные понятия и определения.

Радионавигация  – область науки и техники, охватывающая радиотехнические методы и средства вождения движущихся объектов (кораблей, самолетов, космических аппаратов и т.д.). Основной задачей, решаемой при радионавигации, является определение координат объекта.

Навигационные измерения – составная часть навигации подвижных объектов. Сущность навигационных измерений заключается в определении текущих навигационных параметров, характеризующих положение и движение объекта.

Навигационные параметры (элементы) можно разделить на четыре группы:

1)  навигационные элементы, характеризующие положение и перемещение центра масс объекта в пространстве в различных системах координат, которые принято называть вектором состояния объекта (это координаты, составляющие вектора скорости, ускорений и т.п.);

2)  навигационные элементы, определяющие перемещение объекта относительно его центра масс (крен, тангаж, курс и их производные);

3)  навигационные элементы, характеризующие состояние окружающей среды (скорость ветра, температуру, давление и т.п.);

4)  навигационные элементы, характеризующие положение и относительное перемещение навигационных объектов (радиомаяков, ориентиров и т.п.).

Радиотехническое навигационное устройство (РНУ) – радиотехническое средство, предназначенное для измерения текущих навигационных параметров (ТРНП). К РНУ относятся радиовысотомеры, допплеровские измерители путевой скорости, радиолокационные координаторы и т.п.

Радионавигационная система (РНС) – совокупность взаимосвязанных единым алгоритмом РНУ и предназначенных для самостоятельного измерения ТРНП при их совместной работе.

1.2.  Классификация радиотехнических средств навигации.

Несмотря на большое разнообразие типов РНУ и РНС, можно выделить целые группы радиотехнических средств навигации (РТСН), обладающих некоторыми общими признаками, и на этой основе произвести их классификацию. Признаками классификации могут быть место установки РТСН (наземные, бортовые-корабельные, самолетные, космические и т.д.); мобильность (стационарные, подвижные); размещение аппаратуры в пространстве (однопунктные, многопунктные, с совмещенными и разнесенными пунктами приема и передачи); вид измеряемого ТРНП (дальность, сумма или разность дальностей, направление, радиальная скорость и др.). Однако наиболее важным признаком классификации, определяющим структуру РТСН являются наличие источников излучения радионавигационного сигнала и вид измеряемых параметров.

Рассмотрим классификацию РТСН по наличию источников излучения, используемых для формирования радионавигационного сигнала. В РТСН генератор высокочастотных колебаний, предназначенных для формирования радионавигационных сигналов, может быть размещен как непосредственно на движущемся объекте, так и вне его, т.е. объект может быть как активным, так и пассивным. Точно так же измерительная система может быть активной и пассивной. В соответствии с этим РТСН подразделяется на четыре основные группы (табл.1.1).

Таблица 1.1

Радионавигационные системы с активным ответом (запросные) (рисунок 1.1) принимают переизлученный сигнал специального ответчика, установленного на движущемся объекте.

Системы такого же типа широко распространены в радионавигации. Энергетически они значительно выгоднее РЛС. Кроме того, имеется возможность по радиоканалам запроса и ответа передавать различного рода информацию (остаток топлива, бортовой номер и т.п.).

Структура беззапросной системы изображена на рисунке 1.2.

Эти системы имеют малое энергопотребление и позволяют передавать дополнительную информацию только по каналу «объект-измерительная система». В простейших беззапросных системах на  все ТРНП можно эффективно измерить. Для точного измерения радиальной скорости, и особенно дальности до объекта, в измерительной системе должны быть установлены высокостабильные генераторы.

В радионавигационных устройствах пассивной радиолокации в качестве радионавигационных сигналов используют самопроизвольное излучение объектов (рисунок 1.3).

Системы пассивной радиолокации содержат лишь приемо-измерительное устройство и характеризуется минимальными энергетическими затратами и максимальной скрытностью. Однако в таких системах обычно нельзя измерить дальность и радиальную скорость, а также передавать дополнительную информацию. Кроме того, для выделения слабых сигналов на фоне более сильных шумов требуется значительное время приема. Поэтому системы пассивной радиолокации очень инерциальны